книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

§ 6. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕНЕТРАЦИОННО-КАРОТАЖНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

ГРУНТОВ

При инженерно-геологических изысканиях требуется всесторон­ нее изучение физико-механических свойств грунтов. С этой целью в большом объеме производится колонковое бурение. К сожалению, далеко не во всех породах можно получить полноценный керш

4/

Кроме того, колонковое бурение производится относительно мед­ ленно, так как для лучшего выхода керна приходится ограничивать проходку за рейс.

ВСЕГИНГЕО разработал такой комплекс пенетрационно-каро- тажных исследований, который позволяет получить основные харак­ теристики физико-механических свойств грунтов на глубину до 25 м без предварительного колонкового бурения скважин и без лабора­ торных исследований образцов. По этой схеме измерительный зонд

внедрения измерительного зонда в грунт датчики отмечают пара­ метры соответствующих свойств грунта и через канал связи передают информацию (рис. 25) на пульт наземной регистрирующей аппара­ туры.

Управление основными механизмами установки — дистанцион­ ное с помощью гидравлической системы. Процессы вдавливания и извлечения зондов автоматизированы (см. рис. 25).

Аппаратура лаборатории СПКЛ состоит из аппаратурного стенда для одновременной регистрации двух измеряемых параметров иссле­ дуемых пород, которые могут записываться как в процессе вдавли­ вания, так и в процессе извлечения зондов. Лаборатория имеет два комбинированных зонда с пятью измерительными датчиками. Пита­ ние производится от бензоэлектрического агрегата АБ-1-0/230.

Рис. 26. Схема подвод­ ной пенетрационно-ка- ротажной станции ПСПК.

(он же водитель установки), бурового рабочего, техника-геофизика и водителя автобуса-лаборатории.

Стоимость одного метра исследований пенетрационно-каротаж- ной станцией составляет 3,6 руб., в то время как стоимость бурения составляет 4,5 руб. Производительность исследований повышается до 10 раз по сравнению с обычным лабораторным методом.

Подводная пенетрационно-каротажная станция ПСПК. Проведе­ ние инженерно-геологических исследований в прибрежных аквато­ риях морей, на водохранилищах, озерах и реках для различных видов гидротехнического строительства трудоемко. Наибольшую тех­ нологическую сложность представляют буровые работы на воде. Эти работы сложны тем, что очень трудно отбирать пробы водонасы­ щенных пород с ненарушенной структурой. Даже наиболее совер­ шенные способы отбора проб с использованием вибропоршневых

трубок часто не обеспечивают удовлетворительного решения этой задачи.

Разработанная под руководством В. И. Ферронского подводная пенетрационно-каротажная станция (ПСПК) обеспечивает определе­ ние основных физико-механических свойств и литологического со­ става отложений в разрезе без отбора образцов пород в условиях их природного залегания.

Принципиальное отличие ПСПК от существующих установок аналогичного назначения состоит в том, что установка погружается с плавсредства на дно водоема, откуда производится вдавливание измерительного зонда (рис. 26).

Станция ПСПК состоит из подводной установки для погружения вдавливанием и извлечения измерительного зонда, комплекта изме­ рительной аппаратуры и плавсредства. Установка представляет собой контейнер, в котором смонтировано устройство для вдавлива­ ния штанг (рис. 26, б). Измерительная аппаратура включает комби­ нированный зонд, блок регистрирующей аппаратуры и пульт упра­ вления работой подводной установки. Комбинированный измери­ тельный зонд включает пять датчиков: лобового сопротивления, трения, нормального давления, ГГК и ГК. Такая конструкция зонда обеспечивает одновременное получение всех пяти измеряемых параметров грунта и запись их на лентах самописцев в виде непре­ рывных диаграмм.

В связи с тем что сама установка погружается на дно, разрабо­ тана специальная система дистанционного управления всеми опера­ циями. Для питания установки на плавучем средстве установлена электростанция.

Работы, проведенные с помощью ПСПК, показали, что разрабо­ танная станция обладает высокими технико-экономическими показа­ телями и позволяет выполнять инженерно-геологические исследова­ ния акваторий на принципиально новой методической и техничес­ кой основе.

Колонковое бурение является основным техническим средством разведки месторождений твердых полезных ископаемых.

Колонковое бурение также широко применяется при инженерно­ геологических и гидрогеологических исследованиях и на струк- турно-картировочных изысканиях при поисках нефтяных и газовых месторождений. Кроме того, колонковое бурение применяется для различных инженерных целей. Колонковым бурением могут прохо­ диться шурфы и разведочные шахты.

Колонковое бурение получило столь большое распространение по следующим причинам.

1.Оно позволяет извлекать из скважины столбики породы — керны, по которым можно наиболее точно составить геологический разрез и опробовать полезное ископаемое.

2.Колонковым способом можно бурить скважины под различ­ ными углами к горизонту, различными породоразрушающими ин­ струментами в породах любой твердости и устойчивости.

3.Бурить скважины малых диаметров на большую глубину, при­ меняя относительно легкое оборудование.

Колонковое бурение производится следующим образом. Перед началом бурения на месте заложения запроектированной скважины разравнивается площадка, выкапываются ямы под емкости для про­ мывочной жидкости и под фундаменты и собирается буровая вышка

14 с буровым зданием 15 (рис. 27). В вышке на фундаментах устанав­ ливаются буровой станок 7, буровой насос 18, электродвигатели 19 для привода станка и насоса. При отсутствии электроэнергии станок и насос приводятся через соответствующие трансмиссии от двигателя внутреннего сгорания (ДВС). После проверки и наладки буровой установки в должном направлении производится забуривание сква­ жины, после чего устье скважины закрепляется направляющей тру­ бой 6.

вновь собирают, опускают в скважину, и бурение продолжают. При каждом подъеме коронку осматривают и в случае ее износа заменяют исправной.

Керн омывают, очищают от глинистой корки, замеряют и укла­ дывают в последовательном порядке в керновые ящики, отмечая глубину скважины, с которой поднят керн, и процент извлечения керна.

Если скважина пересекает неустойчивые породы, которые обва­ ливаются или выпучиваются даже при применении специальных промывочных растворов, в нее опускают колонну обсадных труб, перекрывая неустойчивые породы, после чего продолжают бурение скважины породоразрушающим инструментом меньшего размера. Через 50—100 м проходки измеряют угол наклона и направление (азимут) скважины. После того как скважина пересечет полезное ископаемое и врежется в пустые породы лежачего бока, бурение прекращают, инструмент поднимают и разбирают. В скважине про­ изводят геофизические исследования, измеряют кривизну скважины, температуру, проверяют глубину скважины, после чего приступают к ликвидации скважины. Прежде всего извлекают обсадные трубы (если они не зацементированы). Скважину заполняют под давлением тампонирующим раствором, чтобы по стволу скважины не было перетока подземных вод. После этого буровая установка разбирается и перевозится на новую точку. На месте ликвидированной сква­ жины устанавливают репер.

В крепких породах бурение производят алмазными или (реже) дробовыми коронками (дробью). В крепких, хрупких породах может быть с успехом применено ударно-вращательное бурение гидроудар­ никами. В породах средней твердости и мягких вращательное буре­ ние ведется коронками, армированными твердосплавными резцами. Если скважины пересекают уже изученные породы, то на участках, где полезное ископаемое отсутствует, целесообразно перейти на бес­ керновое бурение, которое в породах мягких и средней твердости позволяет повысить производительность бурения за счет сокраще­ ния времени на спуско-подъемные операции, а также за счет повы­ шения механической скорости бурения.

Глубины колонковых скважин бывают различны — от несколь­ ких метров до нескольких тысяч метров. Самая глубокая колонко­ вая скважина была пробурена в Южной Африке. Ее глубина ~4500 м. Она бурилась алмазными коронками диаметром 59 и 48 мм.

Диаметры колонковых скважин зависят от целей их проходки и от типа породоразрушающего инструмента.

При алмазном бурении скважины проходятся в основном корон­ ками диаметром 76, 59, 46 и 36 мм. Твердосплавными коронками чаще всего бурят скважины диаметром 93, 76, 59 мм, а при инженер­ но-геологических изысканиях применяются коронки диаметром 151, 132 и 112 мм.

При дробо'вом бурении применяют коронки диаметром 150, 130 и 110 мм. При инженерно-геологических и гидрогеологических рабо­

тах проходятся колонковым способом скважины диаметром от 1500 до 50Ö мм. За последнее время появились установки для бурения колонковым способом шахт диаметром более 5 м.

Бурение алмазными и твердосплавными коронками и шарошеч­ ными долотами может производиться в любом направлении. Сква­ жины, которые бурятся дробью, должны быть направлены только вниз.

В девятой пятилетке колонковое бурение будет быстро разви­ ваться. Особенно быстро будет расширяться алмазное и гидроудар­ ное бурение кольцевым забоем, а при детальной разведке — бескер­ новое бурение.

Г Л А В А V

ПРОМЫВКА И ПРОДУВКА СКВАЖИН ПРИ КОЛОНКОВОМ БУРЕНИИ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Промывка при бурении скважин производится для:

а) очистки забоя от разбуренной породы и выноса ее из скважины на поверхность или в шламовую трубу;

б) охлаждения породоразрушающего инструмента; в) закрепления неустойчивых стенок скважины.

Существуют два способа промывки скважин: прямая и обратная. При прямой промывке жидкость насосом 1 по нагнетательному шлангу 2 подается к забою по вращающейся бурильной колонне 3 (рис. 28, а), охлаждает породоразрушающий инструмент 4, омывает забой и поднимается по кольцевому пространству между стенками скважины и колонной бурильных труб, транспортируя на поверх­

ность разбуренную породу.

По выходе из скважины промывочный раствор пропускают по системе желобов 5 и отстойников 6 для очистки его от частиц породы. Очищенный раствор из приемника 7 вторично нагнетается в сква­ жину. При поглощении промывочной жидкости в пористых породах в емкость добавляют новые порции раствора.

При обратной промывке (рис. 28, б) раствор нагнетается к забою скважины по кольцевому зазору между бурильной колонной 3

истенками скважины и поднимается к поверхности вместе с выбурен­ ной породой внутри бурильных труб 3 и сливается в желоб 5 через сливной шланг 8. В этом случае устье скважины должно быть гер­ метизировано и оборудовано специальным сальником—превентером 9, позволяющим колонне труб 3 вращаться и иметь поступательное движение, но в то же время не пропускающим жидкости из сква­ жины. Существует еще обратно-всасывающая промывка скважин, когда раствор в скважину поступает самотеком.

Раствор в бурильных трубах поднимается с большой скоростью

ибыстро выносит на поверхность частицы породы. Однако такая